气体吸收学习教案.pptx

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1、会计学1气体吸收气体吸收第一页，编辑于星期二：一点 二十三分。第二章第二章 气体吸收气体吸收2.1 2.1 概述概述概述概述2.2 2.2 气体吸收的平衡关系气体吸收的平衡关系气体吸收的平衡关系气体吸收的平衡关系2.3 2.3 气体吸收速率方程式气体吸收速率方程式气体吸收速率方程式气体吸收速率方程式2.4 2.4 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算2.5 2.5 吸收系数吸收系数吸收系数吸收系数2.6 2.6 其它吸收与解吸其它吸收与解吸其它吸收与解吸其它吸收与解吸本章总结联系图本章总结联系图本章总结联系图本章总结联系图第1页/共136页第二页，编

2、辑于星期二：一点 二十三分。2.1 2.1 概述概述概述概述2.1.1 2.1.1 2.1.1 2.1.1 气体吸收过程气体吸收过程气体吸收过程气体吸收过程吸吸吸吸收收收收：利利利利用用用用混混混混和和和和气气气气体体体体中中中中各各各各组组组组分分分分溶溶溶溶解解解解度度度度（或或或或化化化化学学学学反反反反应应应应活活活活性性性性）的的的的差差差差异异异异而而而而将将将将其其其其进进进进行行行行分分分分离离离离的的的的单单单单元元元元操操操操作作作作。（依依依依据据据据、目目目目的的的的、方方方方法）法）法）法）分离的依据：分离的依据：分离的依据：分离的依据：各组分溶解度的差异。各组分溶解

3、度的差异。各组分溶解度的差异。各组分溶解度的差异。在在在在吸吸吸吸收收收收操操操操作作作作中中中中，通通通通常常常常将将将将混混混混合合合合气气气气体体体体中中中中能能能能够够够够溶溶溶溶解解解解于于于于溶溶溶溶剂剂剂剂中中中中的的的的组组组组分分分分称称称称为为为为溶溶溶溶质质质质，以以以以A A A A表表表表示示示示，而而而而不不不不溶溶溶溶或或或或微微微微溶溶溶溶的的的的组组组组分分分分称称称称为为为为载载载载体体体体或或或或惰惰惰惰性性性性组组组组分分分分，以以以以B B B B表表表表示示示示；吸吸吸吸收收收收所所所所用用用用的的的的溶溶溶溶剂剂剂剂称称称称为为为为吸吸吸吸收收收收

4、剂剂剂剂，以以以以S S S S表表表表示示示示；经经经经吸吸吸吸收收收收后后后后得得得得到到到到的的的的溶溶溶溶液液液液称称称称为为为为吸吸吸吸收收收收液液液液（富富富富液液液液）；被被被被吸吸吸吸收收收收后后后后排排排排出出出出吸吸吸吸收收收收塔塔塔塔的的的的气气气气体体体体称称称称为为为为吸吸吸吸收收收收尾尾尾尾气气气气（贫贫贫贫气气气气）。吸吸吸吸收收收收的的的的逆逆逆逆操操操操作作作作称称称称为为为为解解解解吸吸吸吸，解吸后的液体成为解吸后的液体成为解吸后的液体成为解吸后的液体成为贫液贫液贫液贫液，气体称为，气体称为，气体称为，气体称为再生气再生气再生气再生气。吸吸收收塔塔吸收液吸收

5、液A+A+少量少量S S混和气体混和气体A+BA+B吸收剂吸收剂S S吸收尾气吸收尾气B+B+少量少量A A第2页/共136页第三页，编辑于星期二：一点 二十三分。2.1.2 气体吸收的气体吸收的分类分类按溶质与溶剂间是否发生显著化按溶质与溶剂间是否发生显著化学反应分：学反应分：n n物理吸收：物理吸收：如水吸收二氧化碳如水吸收二氧化碳n n化学吸收：化学吸收：如硫酸吸收氨如硫酸吸收氨按被吸收组分数目分：按被吸收组分数目分：n n单组分吸收：单组分吸收：如水吸收氯化氢气体如水吸收氯化氢气体n n多组分吸收：多组分吸收：如洗油处理焦炉气，如洗油处理焦炉气，苯、甲苯、二甲苯等组分均溶解苯、甲苯、二

6、甲苯等组分均溶解按吸收前后温度是否发生变化分：按吸收前后温度是否发生变化分：n n等温吸收：等温吸收：n n非等温吸收非等温吸收按溶质在气液两相中组成大小分：按溶质在气液两相中组成大小分：n n低组成吸收：低组成吸收：摩尔分数摩尔分数0.10.1n n高组成吸收：高组成吸收：摩尔分数摩尔分数0.10.1本章重点讨论单组分低组成的等温本章重点讨论单组分低组成的等温物理吸收物理吸收第3页/共136页第四页，编辑于星期二：一点 二十三分。2.1.3 气体吸收的工业应用气体吸收的工业应用净净化化气气体体或或精精制制气气体体。如如用用水水脱脱除除合合成成氨氨原原料料气气中中的的COCO2 2，用用丙丙酮

7、酮脱脱除除石石油油裂裂解解气气中中的的乙乙炔炔等等以以除除去去气气体体中中的的有有害害成成分分，便便于于下下一步的反应顺利进行。一步的反应顺利进行。制制备备液液体体产产品品。如如用用水水吸吸收收HClHCl气气体体制制备备盐盐酸酸，用用水水吸吸收收NONO2 2气气体体制制硝硝酸酸，用用水水吸吸收收NHNH3 3气气制制氨氨水水，用用稀稀硫硫酸酸吸吸收收SOSO3 3制制浓浓硫硫酸酸等均属于吸收操作。等均属于吸收操作。回回收收有有用用物物质质。如如用用洗洗油油从从焦焦炉炉气气中中回回收收粗粗苯苯(苯苯、甲甲苯苯、二二甲甲苯苯)等。等。环环境境保保护护的的需需要要。如如用用碱碱液液吸吸收收工工业

8、业过过程程排排放放的的废废气气中中含含有有的的一一些些有有害害物物质质如如SOSO2 2、H H2 2S S、NONO、HFHF等。等。第4页/共136页第五页，编辑于星期二：一点 二十三分。2.1.4 吸收剂的选择吸收剂的选择完完成成一一个个吸吸收收过过程程需需选选择择合合适适的的溶溶剂，对吸收剂的要求是：剂，对吸收剂的要求是：溶溶解解度度大大。可可提提高高吸吸收收速速率率并并减减少吸收剂的耗用量。少吸收剂的耗用量。选选择择性性好好。对对溶溶质质有有良良好好的的溶溶解解能能力力，而而对对其其它它组组分分不不溶溶或或微微溶溶，且且便便于于再再生生，否否则则不不能能实实现现分分离离的目的。的目的

9、。挥挥发发度度小小，即即在在操操作作温温度度下下蒸蒸汽汽压压小小，基基本本不不汽汽化化。离离开开吸吸收收设设备备的的气气体体被被吸吸收收剂剂所所饱饱和和，吸吸收收剂剂挥挥发发度度愈愈大大，损损失失量量便便愈愈大大。粘粘度度低低。可可改改善善吸吸收收设设备备内内的的流流动动状状况况，从从而而提提高高传传质质速速率率和和传传热热速速率率，有有助助于于降降低低泵泵的的功功率率，减小传质、传热阻力。减小传质、传热阻力。其其它它。来来源源充充分分，价价格格低低廉廉，无无毒毒，无无腐腐蚀蚀性性不不易易燃燃，不不发发泡泡，化学性质稳定等。化学性质稳定等。2.1.5 2.1.5 2.1.5 2.1.5 吸收流

10、程（略）吸收流程（略）吸收流程（略）吸收流程（略）第5页/共136页第六页，编辑于星期二：一点 二十三分。2.2 气体吸收的相平衡气体吸收的相平衡关系关系n n2.2.1 2.2.1 气体在液体中的溶解度气体在液体中的溶解度n n 在在一一定定温温度度和和压压强强下下，当当气气体体混混合合物物与与一一定定量量的的液液体体吸吸收收剂剂接接触触时时，溶溶质质组组分分便便不不断断进进入入液液相相中中，这这一一过过程程称称为为溶溶解解即即吸吸收收。而而同同时时已已被被溶溶解解的的溶溶质质也也将将不不断断摆摆脱脱液液相相的的束束缚缚重重新新回回到到气气相相，该该过过程程称称为为解解吸吸。这这两两个个过过

11、程程互互为为逆逆过过程程并并具具有有各各自自的的速速率率，当当气气液液两两相相经经过过长长时时间间的的接接触触后后，溶溶质质的的溶溶解解速速率率与与解解吸吸速速率率达达到到相相等等时时，气气液液两两相相中中溶溶质质的的浓浓度度就就不不再再因因两两相相间间的的接接触触而而变变化化，这这种种状状态态称称为为相相际际动动平平衡衡，简简称称相相平平衡或平衡衡或平衡。n n 平平衡衡状状态态下下气气相相中中的的溶溶质质分分压压称称为为平平衡衡分分压压或或饱饱和和分分压压，液液相相中中的的溶溶质质组组成成称称为为平平衡衡组组成成或或饱饱和组成和组成。n n 气气体体在在液液体体中中的的溶溶解解度度，是是指

12、指气气体体在在液液体体中中的的饱饱和和组组成成，常常以以单单位位质质量量或或体体积积的的液液体体所所含含溶溶质质的质量来表示。的质量来表示。n n 气气体体的的溶溶解解度度标标明明一一定定条条件件下下吸收过程可能达到的极限程度吸收过程可能达到的极限程度。第6页/共136页第七页，编辑于星期二：一点 二十三分。1.相律相律F=C-P+nF=C-P+n独独立立组组分分数数：C=3 C=3(A(A、B B、S)S)相相数数：P=2P=2（气气、液相）液相）影影 响响 因因 素素：n=2n=2（温温度度、压压强）强）故故：自自 由由 度度F=3-2+2=3F=3-2+2=3，即即气气相相组组成成、液液

13、相相组组成成、温温度度、压压力力4 4个个变变量量中中，已已知知3 3个个量量，便便可可确确定定余余下下的的1 1个量。个量。温温度度、压压力力一一定定：溶溶解解度度（液液相相组组成成）=f(=f(气相组成气相组成)总总压压5105105 5PaPa时时：溶溶解解度度=f=f(气气相相组组成成，温温度）度）第7页/共136页第八页，编辑于星期二：一点 二十三分。2.2.2.2.溶解度曲线溶解度曲线溶解度曲线溶解度曲线横标：气相分压；纵标：溶解度；参数：温度（总压不太高时）。横标：气相分压；纵标：溶解度；参数：温度（总压不太高时）。横标：气相分压；纵标：溶解度；参数：温度（总压不太高时）。横标：

14、气相分压；纵标：溶解度；参数：温度（总压不太高时）。同种溶质：同种溶质：n n温温度度一一定定：气气相相分分压压愈愈大大，溶溶解解度度愈大愈大n n气气相相分分压压一一定定：温温度度愈愈低低，溶溶解解度度愈大愈大不不同同溶溶质质：溶溶解解度度一一定定时时，易易溶溶气气体体溶溶液液上上方方分分压压小小，难难溶溶气气体体上方分压大上方分压大n n说明说明加加压压、降降温温有有利利于于吸吸收收操操作作的的进进行行易易溶溶气气体体仅仅需需较较小小的的分分压压就就能能达达到一定溶解度到一定溶解度 第8页/共136页第九页，编辑于星期二：一点 二十三分。2.2.2 亨利定律亨利定律n n 随随着着对对相相

15、平平衡衡关关系系的的研研究究，发发现现很很多多气气体体在在浓浓度度较较小小时时其其溶溶解解度度曲曲线线为为通通过过坐坐标标原原点点的的直直线线，这这一一规规律律用用亨亨利利(Henry)(Henry)定定律律进进行行描述描述。n n1.1.p pe e=Ex=Exn n称称为为吸吸收收过过程程的的相相平平衡衡方方程程 亨利定律。亨利定律。n n式式中中：p pe e 溶溶质质A A在在气气相相中中的的平平衡分压，衡分压，kPakPa；n nx x 溶溶质质A A在在液液相相中中的的摩摩尔尔分分率；率；n nE E 亨利系数，亨利系数，kPakPa。n n 表表明明：当当总总压压不不高高(0.5

16、MPa)(0.5MPa)时时，在在一一定定温温度度下下气气液液两两相相达达到到平平衡衡时时，稀稀溶溶液液上上方方气气相相中中溶溶质质的的平平衡衡分分压压与与液液相相中中溶溶质质的的摩摩尔尔分分率率成正比。成正比。第9页/共136页第十页，编辑于星期二：一点 二十三分。说明说明理想溶液：拉乌尔定律：理想溶液：拉乌尔定律：理想溶液：拉乌尔定律：理想溶液：拉乌尔定律：非理想溶液：非理想溶液：非理想溶液：非理想溶液：低浓度气体吸收：低浓度气体吸收：低浓度气体吸收：低浓度气体吸收：E=E=E=E=常量常量常量常量难溶物系：难溶物系：难溶物系：难溶物系：EEEE常量，但当常量，但当常量，但当常量，但当P0

17、.1MPaP0.1MPaP0.1MPaP0.1MPa时，时，时，时，E E E E可视为常量可视为常量可视为常量可视为常量P0.1MPaP0.1MPaP0.1MPaP0.1MPaP0.1MPaP0.1MPaP0.1MPa时，时，时，时，E=f(P,t)E=f(P,t)E=f(P,t)E=f(P,t)E E E E由由由由实实实实验验验验测测测测定定定定确确确确定定定定：以以以以p p p pe e e e/x/x/x/x对对对对x x x x作作作作图图图图，当当当当x x x x0000，p p p pe e e e/x/x/x/x的的的的值值值值即即即即为为为为E E E E。常见物系的常

18、见物系的常见物系的常见物系的E E E E可查有关手册。可查有关手册。可查有关手册。可查有关手册。对对对对于于于于一一一一定定定定的的的的气气气气体体体体和和和和一一一一定定定定的的的的溶溶溶溶剂剂剂剂，E E E E值值值值随随随随温温温温度度度度变变变变化化化化：tttt，EEEE，x x x x，体现气体溶解度随温度升高而减小的变化趋势。，体现气体溶解度随温度升高而减小的变化趋势。，体现气体溶解度随温度升高而减小的变化趋势。，体现气体溶解度随温度升高而减小的变化趋势。同一溶剂中：同一溶剂中：同一溶剂中：同一溶剂中：易溶气体的易溶气体的易溶气体的易溶气体的E E E E值很小值很小值很小值

19、很小难溶气体的难溶气体的难溶气体的难溶气体的E E E E值相对较大。值相对较大。值相对较大。值相对较大。第10页/共136页第十一页，编辑于星期二：一点 二十三分。2.p2.p2.p2.pe e e e=c/H=c/H=c/H=c/H 表明：当气液两相达到平衡时，稀溶液上方气相中溶质的平衡分压与表明：当气液两相达到平衡时，稀溶液上方气相中溶质的平衡分压与表明：当气液两相达到平衡时，稀溶液上方气相中溶质的平衡分压与表明：当气液两相达到平衡时，稀溶液上方气相中溶质的平衡分压与液相中溶质的体积摩尔浓度成正比。液相中溶质的体积摩尔浓度成正比。液相中溶质的体积摩尔浓度成正比。液相中溶质的体积摩尔浓度成

20、正比。设溶液组成为设溶液组成为设溶液组成为设溶液组成为ckmol(A)/mckmol(A)/mckmol(A)/mckmol(A)/m3 3 3 3，密度为，密度为，密度为，密度为kg/mkg/mkg/mkg/m3 3 3 3；溶质和溶剂的分；溶质和溶剂的分；溶质和溶剂的分；溶质和溶剂的分子量分别为子量分别为子量分别为子量分别为M M M MA A A A kg/kmol kg/kmol kg/kmol kg/kmol、M M M MS S S S kg/kmol kg/kmol kg/kmol kg/kmol，则：，则：，则：，则：第11页/共136页第十二页，编辑于星期二：一点 二十三分。

21、P P对对H H影响小，影响小，H H大，溶解度大，易溶气体大，溶解度大，易溶气体对于稀溶液，对于稀溶液，c c值很小，值很小，c(Mc(MS S-M-MA A)说明说明第12页/共136页第十三页，编辑于星期二：一点 二十三分。说明说明 温度、总压的影响：温度、总压的影响：m m大，溶解度小，难溶气体大，溶解度小，难溶气体 3.ye=mxn nm m m m与与与与E E E E的关系的关系的关系的关系 ：m m相平衡常数，无因次。相平衡常数，无因次。第13页/共136页第十四页，编辑于星期二：一点 二十三分。4.Ye=mXn n 以上亨利定律的各种表达式描以上亨利定律的各种表达式描述的都是

22、互成平衡的气液两相组述的都是互成平衡的气液两相组成间的关系，它们都是根据液相成间的关系，它们都是根据液相组成来计算与之平衡的气相组成。组成来计算与之平衡的气相组成。同样，也可根据气相组成计算平同样，也可根据气相组成计算平衡的液相组成，此时，亨利定律衡的液相组成，此时，亨利定律可写成：可写成：第14页/共136页第十五页，编辑于星期二：一点 二十三分。【例例】某某系系统统温温度度为为1010，总总压压101.3101.3kPakPa，试试求求此此条条件件下下在在与与空空气气充充分分接接触触后后的的水水中中，每每立立方方米米水水溶溶解解了了多多少少克克氧气？氧气？=101.30.21=21.27k

23、Pa【解解】查查 得得 1010时时，氧氧 气气 在在 水水 中中 的的 亨亨 利利 系系 数数E E为为3.31103.31106 6kPakPa。W=3.5710-4321000=11.42g/m3第15页/共136页第十六页，编辑于星期二：一点 二十三分。2.2.3.相平衡关系在吸收过程中的应用1 1判断过程进行的方向判断过程进行的方向吸收平衡解吸气相ppep=pepyey=yeyYeY=YeYYe液相ccexxeXXemyxABCyxyexey/yexe/xyxxeye结论结论组成点在平衡线上方，为吸收过程组成点在平衡线上方，为吸收过程组成点在平衡线上，为平衡过程组成点在平衡线上，为平

24、衡过程组成点在平衡线下方，为解吸过程组成点在平衡线下方，为解吸过程第16页/共136页第十七页，编辑于星期二：一点 二十三分。2.2.确定传质的推动力确定传质的推动力n n 当当传传质质进进行行时时，其其速速率率与与传传质质的的推推动动力力大大小小有有关关，传传质质过过程程是是否否容容易易进进行行取取决决于于实实际际组组成成偏偏离离平平衡衡组组成成的的程程度度，因因而而推推动动力力可可用用一一相相的的实实际际组组成成与与其其对对应应的的平平衡组成之差来表示衡组成之差来表示 。myxACyxyexeyxxeye吸收平衡解吸气相p-pe0pe-py-ye0ye-yY-Ye0Ye-Y液相ce-c0c

25、-cexe-x0 x-xeXe-X0X-Xe说明说明 实际组成偏离平衡组成的程度愈大，过程的推动力愈大，其传质速率愈大，吸收实际组成偏离平衡组成的程度愈大，过程的推动力愈大，其传质速率愈大，吸收/解吸过程愈容易进行。解吸过程愈容易进行。第17页/共136页第十八页，编辑于星期二：一点 二十三分。y2y1x2x13.3.指明传质过程进行的极限指明传质过程进行的极限因因为为平平衡衡是是过过程程进进行行的的极极限限，所所以以当当两两相相进进行行接接触触，达达到到平平衡衡时时过过程程也也就就终终止止，即即：y=yy=ye e或或者者x=xx=xe e时时，吸吸收收或或者者解解吸吸过过程程将将停停止止，

26、不不会会无无限限进进行行下下去去。若若要要使使过过程程进进行行，必必须须改改变变条条件件，使使原原来来的的平平衡衡打打破破，在在新新的的条条件件下下重重新新建建立立平平衡。衡。对对吸吸收收而而言言，无无论论气气液液相相流流量量、塔塔高高、塔塔径径如如何何，出出塔塔尾尾气气的的组组成成不不会会低低于于与与该该位位置置液液相相组组成成相相平平衡衡的的气气相相组组成成。如如逆逆流流：y y2 2yye2e2=mx=mx2 2 ；并并流流：y y1 1yye1e1=mx=mx1 1 ；对对吸吸收收而而言言，无无论论气气液液相相流流量量、塔塔高高、塔塔径径如如何何，吸吸收收液液的的组组成成不不会会高高于

27、于与与该该位位置置气气相相组组成成相相平平衡衡的的液液相相组组成成。如如逆逆流流&并并流流：x x1 1xxe1e1=y=y1 1/m/m。y2y1x2x1逆逆流流并并流流第18页/共136页第十九页，编辑于星期二：一点 二十三分。【例】在总压在总压101.3101.3kPakPa，温度温度3030的条件下的条件下,SOSO2 2摩尔分率为摩尔分率为0.30.3的混合气体与的混合气体与SOSO2 2摩尔分率为摩尔分率为0.010.01的水溶液相接触，试问：的水溶液相接触，试问：(1)(1)SOSO2 2的传质方向；的传质方向；(2)(2)其它条件不变，温度降到其它条件不变，温度降到00时时SO

28、SO2 2的传质方向；的传质方向；(3)(3)其它条件不变，总压提高到其它条件不变，总压提高到202.6202.6kPakPa时时SOSO2 2的传质方向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔分率差表示的传质推动力。的传质方向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔分率差表示的传质推动力。【解】【解】1.1.查查P18P18表表2-12-1，得，得SOSO2 2在在101.33101.33kPakPa、3030时亨利系数时亨利系数E=0.48510E=0.485104 4kPakPa，则：则：第19页/共136页第二十页，编辑于星期二：一点 二十三分。n n2.2.查查P18P18表表2-12-1，得得

29、SOSO2 2在在101.33101.33kPakPa、00时时亨亨利利系系数数E=0.16710E=0.167104 4kPakPa，则：则：n n3.3.查查P18P18表表2-12-1，得得SOSO2 2在在101.33101.33kPakPa、3030时时亨亨利利系系数数E=0.48510E=0.485104 4kPakPa，则：则：第一次课第一次课第20页/共136页第二十一页，编辑于星期二：一点 二十三分。2023/5/26222.3.12.3.1传质的速度与通量传质的速度与通量传质的速度与通量传质的速度与通量 （不讲（不讲（不讲（不讲)!)!n n1.1.传质的速度传质的速度n

30、n 多多组组分分的的传传质质过过程程中中，各各组组分分均均以以不不同同的的速速度度运运动动。设设系系统统由由A A、B B两两组组分分组组成成，组组分分A A、B B通通过过系系统统内内任任一一静静止止平平面面的的速速度度为为u uA A、u uB B，该该二二元元混混合合物物通通过过此此平平面面的的速速度度为为u u，它们之间的差值为，它们之间的差值为u uA A-u-u、u uB B-u-u。n n 在在上上述述的的各各速速度度中中，u uA A、u uB B代代表表组组分分A A、B B的的实实际际移移动动速速度度，称称为为绝绝对对速速度度。u u代代表表混混合合物物的的移移动动速速度度

31、，称称为为主主体体流流动动速速度度或或平平均均速速度度；u uA A-u-u及及u uB B-u-u代代表表相相对对于于主主体体流流动动速速度的移动速度，度的移动速度，称为扩散速度。称为扩散速度。n n 因因 u uA A=u+(u=u+(uA A-u)-u)u uB B=u+(u=u+(uB B-u)-u)故：故：n n 绝对速度主体流动速度扩散速度绝对速度主体流动速度扩散速度绝对速度主体流动速度扩散速度绝对速度主体流动速度扩散速度2.3 2.3 传质机理与气体吸收速率方程式传质机理与气体吸收速率方程式第21页/共136页第二十二页，编辑于星期二：一点 二十三分。2023/5/26232.2

32、.2.2.传质的通量传质的通量传质的通量传质的通量 传质通量：传质通量：传质通量：传质通量：单位时间通过垂直于传质方向上单位面单位时间通过垂直于传质方向上单位面单位时间通过垂直于传质方向上单位面单位时间通过垂直于传质方向上单位面积的物质量。积的物质量。积的物质量。积的物质量。传质通量等于传质速度与浓度的乘积。传质通量常传质通量等于传质速度与浓度的乘积。传质通量常传质通量等于传质速度与浓度的乘积。传质通量常传质通量等于传质速度与浓度的乘积。传质通量常用质量通量、摩尔通量表示。用质量通量、摩尔通量表示。用质量通量、摩尔通量表示。用质量通量、摩尔通量表示。(1)(1)(1)(1)以绝对速度表示的传质

33、通量。以绝对速度表示的传质通量。以绝对速度表示的传质通量。以绝对速度表示的传质通量。质量通量：质量通量：质量通量：质量通量：j j j jA A A A=A A A Au u u uA A A A j j j jB B B B=B B B Bu u u uB B B B混合物的总质量通量：混合物的总质量通量：混合物的总质量通量：混合物的总质量通量：j=jj=jj=jj=jA A A A+j+j+j+jB B B B=A A A Au u u uA A A A+B B B Bu u u uB B B B=u=u=u=u 质量平均速度的定义式质量平均速度的定义式质量平均速度的定义式质量平均速度的定

34、义式 摩尔通量：摩尔通量：摩尔通量：摩尔通量：N N N NA A A A=c=c=c=cA A A Au u u uA A A A N N N NB B B B=c=c=c=cB B B Bu u u uB B B B混合物的总摩尔通量：混合物的总摩尔通量：混合物的总摩尔通量：混合物的总摩尔通量：N=NN=NN=NN=NA A A A+N+N+N+NB B B B=c=c=c=cA A A Au u u uA A A A+c+c+c+cB B B Bu u u uB B B B=cu=cu=cu=cu 摩尔平均速度的定义式摩尔平均速度的定义式摩尔平均速度的定义式摩尔平均速度的定义式第22页/

35、共136页第二十三页，编辑于星期二：一点 二十三分。2023/5/2624(2)(2)(2)(2)以扩散速度表示的传质通量。以扩散速度表示的传质通量。以扩散速度表示的传质通量。以扩散速度表示的传质通量。质量通量：质量通量：质量通量：质量通量：j j j jA A A A=A A A A(u(u(u(uA A A A-u)-u)-u)-u)j j j jB B B B=B B B B(u(u(u(uB B B B-u)-u)-u)-u)摩尔通量：摩尔通量：摩尔通量：摩尔通量：J J J JA A A A=c=c=c=cA A A A(u(u(u(uA A A A-u-u-u-um m m m)J

36、 J J JB B B B=c=c=c=cB B B B(u(u(u(uB B B B-u-u-u-um m m m)混合物：混合物：混合物：混合物：j=jj=jj=jj=jA A A A+j+j+j+jB B B B J=J J=J J=J J=JA A A A+J+J+J+JB B B B(3)(3)(3)(3)以主体流动速度表示的传质通量。以主体流动速度表示的传质通量。以主体流动速度表示的传质通量。以主体流动速度表示的传质通量。第23页/共136页第二十四页，编辑于星期二：一点 二十三分。2023/5/26252.3.2 质量传递的基本方式质量传递的基本方式n n 分为分子传质和对流传质

37、分为分子传质和对流传质n n1.1.分子扩散（传质）分子扩散（传质）n n(1)(1)分子扩散现象分子扩散现象n n 左左室室A A分分子子向向右右运运动动，右右室室B B分分子子向向左左运运动动。左左右右两两室室交交换换的的分分子子数数虽虽相相等等，但但因因左左室室A A浓浓度度高高，故故在在同同一一时时间间内内A A分分子子进进入入右右室室较较多多而而返返回回左左室室较较少少，其其净净结结果果是是物物质质A A自自左左向向右右传传递递。同同理理，物物质质B B自自右右向向左左传传递递。两两种种物物质质各各自自沿沿其其浓浓度度降低的方向传递。降低的方向传递。n n 上上述述扩扩散散过过程程将

38、将一一直直进进行行到到整整个个容容器器中中A A、B B两两种种物物质质的的浓浓度度完完全全均均匀匀为为止止，此此时时，通通过过任任一一截截面面物物质质A A、B B的的净净的的扩扩散散通通量量为为零零，但但扩扩散散仍仍在在进进行行，只只是是左左、右右两两方方向向物物质质的的扩扩散散通通量量相相等等，系系统统处处于于扩扩散散的的动态平衡中。动态平衡中。n n 当当流流体体内内部部存存在在某某一一组组分分的的浓浓度度(或或分分压压)差差时时，凭凭借借分分子子的的无无规规则则热热运运动动使使该该组组分分由由高高浓浓处处向向低低浓浓处处迁迁移移的的过过程程，称称为为分分子子扩扩散散或或分分子子传质，

39、简称扩散。传质，简称扩散。n n 分分子子扩扩散散发发生生在在固固体体、静静止止或或层层流流动的流体中。流流动的流体中。第24页/共136页第二十五页，编辑于星期二：一点 二十三分。2023/5/2626(2)(2)(2)(2)费克（费克（费克（费克（FickFickFickFick）第一定律）第一定律）第一定律）第一定律描述分子扩散的通量或速率的方程。描述分子扩散的通量或速率的方程。描述分子扩散的通量或速率的方程。描述分子扩散的通量或速率的方程。式中：式中：式中：式中：j j j jA A A A组分组分组分组分A A A A的质量通量，的质量通量，的质量通量，的质量通量，kg/(mkg/(

40、mkg/(mkg/(m2 2 2 2.s).s).s).s)d d d dA A A A/dz/dz/dz/dz组分在传质方向上的质量浓度梯度，组分在传质方向上的质量浓度梯度，组分在传质方向上的质量浓度梯度，组分在传质方向上的质量浓度梯度，(kg/m(kg/m(kg/m(kg/m3 3 3 3)/m)/m)/m)/m D D D DABABABAB组分组分组分组分A A A A在在在在B B B B中的扩散系数，中的扩散系数，中的扩散系数，中的扩散系数，m m m m2 2 2 2/s/s/s/s J J J JA A A A组分组分组分组分A A A A的摩尔通量，的摩尔通量，的摩尔通量，的

41、摩尔通量，kmol/(mkmol/(mkmol/(mkmol/(m2 2 2 2.s).s).s).s)dc dc dc dcA A A A/dz/dz/dz/dz组分在传质方向上的摩尔浓度梯度，组分在传质方向上的摩尔浓度梯度，组分在传质方向上的摩尔浓度梯度，组分在传质方向上的摩尔浓度梯度，(kmol/m(kmol/m(kmol/m(kmol/m3 3 3 3)/m)/m)/m)/m 第25页/共136页第二十六页，编辑于星期二：一点 二十三分。2023/5/2627(3)(3)(3)(3)等分子反向扩散等分子反向扩散等分子反向扩散等分子反向扩散 因因因因两两两两容容容容器器器器中中中中气气气

42、气体体体体总总总总压压压压相相相相同同同同，所所所所以以以以A A A A、B B B B两两两两组组组组分分分分相相相相互互互互扩扩扩扩散散散散的的的的量量量量n n n nA A A A和和和和n n n nB B B B必然相等，故称为等摩尔反方向扩散。即：必然相等，故称为等摩尔反方向扩散。即：必然相等，故称为等摩尔反方向扩散。即：必然相等，故称为等摩尔反方向扩散。即：J J J JA A A A=-J=-J=-J=-JB B B B 在在在在扩扩扩扩散散散散过过过过程程程程，虽虽虽虽然然然然A A A A、B B B B两两两两组组组组分分分分发发发发生生生生变变变变化化化化，但但但但

43、混混混混合合合合气气气气体体体体总总总总压压压压不不不不变变变变，即即即即c=cc=cc=cc=cA A A A+c+c+c+cB B B B=常数，因而常数，因而常数，因而常数，因而dcdcdcdcA A A A/dz=-dc/dz=-dc/dz=-dc/dz=-dcB B B B/dz/dz/dz/dz，根据菲克定律：，根据菲克定律：，根据菲克定律：，根据菲克定律：故：故：故：故：D D D DABABABAB=D=D=D=DBABABABA 该该该该关关关关系系系系说说说说明明明明：对对对对双双双双组组组组分分分分混混混混合合合合气气气气体体体体，在在在在进进进进行行行行等等等等摩摩摩摩

44、尔尔尔尔反反反反方方方方向向向向分分分分子子子子扩扩扩扩散时，散时，散时，散时，A A A A在在在在B B B B中和中和中和中和B B B B在在在在A A A A中的分子扩散系数相等，以后以中的分子扩散系数相等，以后以中的分子扩散系数相等，以后以中的分子扩散系数相等，以后以D D D D表示。表示。表示。表示。第26页/共136页第二十七页，编辑于星期二：一点 二十三分。2023/5/2628n n(4)(4)一组分通过另一停滞组分的扩一组分通过另一停滞组分的扩散散 n n 当当截截面面上上有有一一层层只只允允许许A A组组分分通通过过但但不不允允许许B B组组分分通通过过的的膜膜时时。

45、由由于于在在气气相相主主体体与与液液面面处处存存在在A A组组分分的的分分压压差差，所所以以组组分分A A将将不不断断向向右右进进行行分分子子扩扩散散，并并进进入入液液相相中中去去，而而液液相相中中无无任任何何组组分分进进入入气气相相，使使得得液液面面处处总总压压低低于于气气相相主主体体，在在此此压压差差的的作作用用下下，混混合合气气体体(A+B)(A+B)便便会会自自动动向向截截面面处处发发生生宏宏观观运动，称为总体流动。运动，称为总体流动。n n 总总体体流流动动的的结结果果又又使使得得液液面面附附近近B B组组分分的的分分压压大大于于气气相相主主体体中中B B的的分分压压，因因而而组组分

46、分B B又又将将以以分分子子扩扩散散的的方方式式向向气气相相主主体体移移动动。这这样样实实际际的的净净结结果果是是A A组组分分不不断断向向液液面面移移动动，对对于于B B组组分分来来讲讲，随随总总体体流流动动向向液液面面运运动动的的同同时时又又以以相相反反方方向向进进行行分分子子扩扩散散到到气气相相主主体体，实实际际上上等等于于没没有有运运动动，故故称称为为A A组组分分通过停滞组分通过停滞组分B B的扩散。的扩散。第27页/共136页第二十八页，编辑于星期二：一点 二十三分。2023/5/2629A A的实际传质通量的实际传质通量A A的分子扩散通量的分子扩散通量A A的主体流动通量的主体

47、流动通量据以上形式，得结论：据以上形式，得结论：组分的实际通量分子扩散通量主体流动通量组分的实际通量分子扩散通量主体流动通量这是费克第一定律的一般表达式。这是费克第一定律的一般表达式。第28页/共136页第二十九页，编辑于星期二：一点 二十三分。2023/5/26302.对流传质对流传质(1)(1)(1)(1)涡流扩散涡流扩散涡流扩散涡流扩散 湍湍湍湍流流流流时时时时流流流流体体体体除除除除了了了了沿沿沿沿流流流流动动动动方方方方向向向向整整整整体体体体向向向向前前前前运运运运动动动动外外外外，在在在在其其其其它它它它方方方方向向向向上上上上还还还还存存存存在在在在着着着着流流流流体体体体质质

48、质质点点点点的的的的脉脉脉脉动动动动和和和和旋旋旋旋涡涡涡涡运运运运动动动动，碰碰碰碰撞撞撞撞和和和和混混混混合合合合程程程程度度度度比比比比较较较较剧剧剧剧烈烈烈烈。在在在在湍湍湍湍流流流流主主主主体体体体中中中中，借借借借流流流流体体体体质质质质点点点点的的的的脉脉脉脉动动动动和和和和旋旋旋旋涡涡涡涡混混混混合合合合作作作作用用用用，使使使使物物物物质质质质由由由由高高高高浓浓浓浓度度度度向向向向低低低低浓浓浓浓度度度度处处处处进进进进行行行行的的的的物物物物质质质质扩扩扩扩散散散散，称称称称为为为为涡涡涡涡流流流流扩扩扩扩散散散散。(实实实实际际际际上上上上，湍湍湍湍流流流流中中中中也也

49、也也存存存存在在在在着着着着一一一一定定定定的的的的分分分分子子子子扩扩扩扩散散散散，只只只只是是是是涡涡涡涡流流流流扩扩扩扩散散散散起起起起主主主主要要要要作作作作用用用用 )。由由由由于于于于涡涡涡涡流流流流扩扩扩扩散散散散的的的的复复复复杂杂杂杂性性性性，涡涡涡涡流流流流扩扩扩扩散散散散通通通通量量量量常常常常借借借借助费克第一定律的形式表示，即：助费克第一定律的形式表示，即：助费克第一定律的形式表示，即：助费克第一定律的形式表示，即：注意注意分子扩散系数分子扩散系数D D是物质的物性常数，它仅与温度、压力、组成等因素有关；是物质的物性常数，它仅与温度、压力、组成等因素有关；涡流扩散系数

50、涡流扩散系数M M不是物性常数，它与流体的湍动程度有关、所处位置、壁面粗糙度等因素有关。不是物性常数，它与流体的湍动程度有关、所处位置、壁面粗糙度等因素有关。第29页/共136页第三十页，编辑于星期二：一点 二十三分。2023/5/2631n n(2)(2)对流传质对流传质n n 流流动动流流体体与与相相界界面面一一侧侧进进行行的的物物质质传传递递，称称为为对对流流扩扩散散。它它包包括括流流体体主主体体中中的的涡涡流流扩扩散散和和层层流流层层中中的的分分子子扩扩散散，为为物物质质在在单单一一相内进行迁移的总称。相内进行迁移的总称。n n 对对流流传传质质的的基基本本方方程程，采采用用下下式表示